Il y a douze ans NASA a réussi à faire atterrir un laboratoire scientifique à six roues sur la surface de Mars en utilisant une méthode audacieusement innovante utilisant à la fois le freinage motorisé et le lancement par corde du rover. Le rover Curiosity fête ces jours-ci ses douze ans sur la planète rouge, et cet appareil scientifique à six roues continue de faire de belles découvertes à mesure qu’il gravit progressivement le mont Sharp (Aeolis Mons). Atterrir sur Mars en soi est une tâche difficile, mais la mission du rover Curiosity est allée encore plus loin. Le 5 août 2012, une nouvelle méthode très audacieuse a été utilisée pour la première fois dans la pratique, baptisée Sky Crane.
Septembre 2011 – il reste environ deux mois avant le début de la mission. Les ingénieurs attachent le modèle de descente au rover Curiosity.
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Le moteur de l’atterrisseur a manœuvré le rover jusqu’à la zone d’atterrissage, puis l’a abaissé à la surface à l’aide de câbles en nylon. Une fois les roues entrées en contact avec la surface, ces câbles ont été coupés et l’atterrisseur s’est envolé pour effectuer un atterrissage incontrôlé à une distance sûre du rover. Bien entendu, l’équipe de direction ne pouvait rien voir de tout cela de ses propres yeux.
Les experts étaient assis dans le centre de contrôle du Californien Laboratoire de propulsion à réaction et a attendu sept minutes de terreur, comme on appelle la phase d’atterrissage sur Mars. Lorsque leur attente s’est terminée par un signal confirmant que le rover avait atterri avec succès, la foule a explosé de joie.
La caméra HiRISE a capturé la descente en parachute du rover Curiosity vers la surface.
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La manœuvre connue sous le nom de Sky Crane est née d’une pure nécessité. Le rover Curiosity était trop gros et trop lourd pour atterrir comme ses prédécesseurs – enveloppé dans une boule d’airbags gonflables qui rebondiraient sur la surface de Mars. Mais la nouvelle méthode a également permis d’augmenter la précision de l’atterrissage et de réduire l’ellipse d’atterrissage. En février 2021, le rover Perseverance a utilisé une version améliorée de cette méthode pour atterrir encore plus précisément. Les techniciens ont ajouté une navigation basée sur le terrain relatif à la technologie déjà testée. Le véhicule de la taille d’un SUV pourrait ainsi atterrir en toute sécurité au fond d’un ancien lac jonché de rochers et de cratères.
JPL est impliqué dans les atterrissages américains sur Mars depuis 1976, lorsque des experts, en coopération avec des collègues du centre de recherche Langley à Hampton (Virginie), ont préparé deux atterrisseurs Viking stationnaires qui ont atterri sur Mars à l’aide de moteurs-fusées coûteux à poussée variable niveau. Pour l’atterrissage de la mission Mars Pathfinder en 1997, le JPL a proposé quelque chose de différent. Alors que l’atterrisseur se balançait sous son parachute, plusieurs airbags géants se sont gonflés autour de lui.
Tests au sol du groupe d’airbags dans lequel la mission Mars Pathfinder a atterri sur Mars.
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Un trio de moteurs de freinage situés à mi-chemin entre les airbags et le parachute s’est alors enflammé pour garantir que la sonde, enveloppée dans un faisceau d’airbags gonflables, reste suspendue à environ 20 mètres au-dessus de la surface, là où elle a été projetée. Bien entendu, l’ensemble a rebondi plusieurs fois (parfois jusqu’à 15 mètres de haut) avant de finalement s’arrêter.
Cette méthode a si bien fonctionné que la NASA l’a également appliquée aux atterrissages de missions en 2004. Esprit un Opportunité. Mais à l’époque, il n’y avait que quelques endroits sur Mars où les ingénieurs étaient sûrs qu’une sonde d’atterrissage ne serait pas menacée par un terrain contenant des éléments susceptibles de percer les airbags ou d’envoyer un ballon gonflable dévaler une pente. “Nous avons pu trouver à peine trois endroits sur Mars considérés comme sûrs», se souvient Al Chen du JPL, qui a joué un rôle clé dans les séquences d’atterrissage des missions Curiosity et Perseverance. Il est également devenu progressivement évident que les airbags n’étaient pas utilisables pour un rover de la taille et du poids de Curiosity. Donc, si la NASA voulait envoyer des sondes plus grandes vers des endroits plus intéressants sur le plan scientifique, il fallait trouver une meilleure méthode.
Préparation du rover Perseverance et de son module de descente.
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Au début du nouveau millénaire, les ingénieurs ont commencé à réfléchir à l’idée d’un système d’atterrissage « intelligent ». Parce que soudainement, de nouveaux types de radars sont apparus, fournissant des données de vitesse en temps réel. Dans le même temps, ces informations peuvent aider considérablement la sonde à contrôler sa descente. Il était également possible d’utiliser de nouveaux types de moteurs pour diriger la descente vers une zone précise ou encore effectuer des corrections plus importantes pour éviter un obstacle dangereux. C’est à ce moment-là que l’idée de base de la méthode Sky Crane a commencé à prendre forme. Rob Manning, associé du JPL, a commencé à travailler sur le concept initial en février 2000 et se souvient encore des réactions qu’il a reçues des personnes à qui il a montré le projet. Ils ont vu que dans ces conceptions, le rover est placé sous la plate-forme moteur plutôt qu’au-dessus. “Les gens étaient confus par ça“, se souvient-il, ajoutant : “Ils pensaient que le système de propulsion serait toujours en dessous de vous, comme on le voit dans les vieux films de science-fiction avec une fusée atterrissant sur une planète.«
Manning et ses collègues voulaient augmenter au maximum la distance entre la surface martienne et le système de propulsion. En plus de faire exploser de la poussière et des roches, les moteurs d’atterrissage peuvent créer un trou sous le rover dont le rover pourrait ne pas pouvoir sortir. Et tandis que les missions précédentes utilisaient un atterrisseur dont les rampes inclinables faisaient descendre le rover à la surface, placer les moteurs-fusées d’atterrissage au-dessus du rover signifiait que les roues toucheraient immédiatement la surface. Essentiellement, ils serviront de train d’atterrissage. Cela permet d’économiser le poids supplémentaire qui serait nécessaire pour la plate-forme d’atterrissage.
5 août 2012 – Le centre de contrôle peut faire la fête. Le rover Curiosity atterrit sur Mars – la méthode Sky Crane a fonctionné
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Mais les ingénieurs ne savaient pas au début comment abaisser le grand rover sur des cordes afin que la charge ne commence pas à osciller de manière incontrôlable. Par conséquent, les experts ont examiné comment ce problème était résolu par des hélicoptères cargo terrestres géants, qui, soit dit en passant, sont également surnommés grues aériennes. Ils se sont vite rendu compte que le système d’atterrissage devait être capable de détecter l’oscillation naissante et de la contrôler. “Toutes ces nouvelles technologies vous donnent une chance d’arriver au bon endroit en surface», décrit Chan. Et quel est le meilleur ? Ce concept pourrait également être utilisé pour des engins spatiaux encore plus grands, non seulement sur Mars, mais aussi ailleurs dans le système solaire. “Si vous souhaitiez un service de livraison de charges utiles à l’avenir, vous pourriez facilement utiliser cette architecture pour vous lancer sur la surface de la Lune ou ailleurs sans que le système de propulsion ne touche jamais la surface.“, a terminé Manning.
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